一种MEMS开关和神经网络的制作方法

本发明涉及微机电系统(micro-electro-mechanical system，简称mems)领域，尤其涉及一种mems开关和神经网络。

背景技术：

1、在人工智能(artificial intelligence,简称ai)领域，神经网络中突触权重值的存储方案和权重矩阵-向量乘法的计算方案对于神经网络硬件的性能具有举足轻重的影响。目前主流的ai芯片的突触权重存储方案包括以下两种：(1)基于cmos工艺的片上存储或片外存储；(2)基于忆阻器的交叉开关矩阵。但是，基于cmos工艺的片上sram存储具有在片上面积开销大，存储容量受限的缺点；基于cmos工艺的片外dram存储则受制于存储墙和功耗墙，硬件上的功耗开销和数据传输开销都过大。另一方面，基于忆阻器的交叉开关矩阵虽然可以实现存内计算，但是其读写误差均较大，且忆阻器的制作工艺仍不成熟，器件性能还不稳定。因此，创造更为理想的新型突触单元，对于神经网络加速硬件乃至人工智能领域的发展具有十分重要的意义。

2、mems开关指的是在微机电系统范畴内，通过机械运动来切换电路导通与断开状态的开关器件。与cmos开关相比，mems开关能实现真正意义上的物理断开，不存在金属-半导体结和pn-结，所以导通电阻和开路电容小，具备线性特性好、隔离度好、无漏电功耗、高温或辐射条件下可靠性较高等优点，从而在一些有低功耗需求以及高温或辐射等苛刻工况下的应用场景中具有巨大的应用潜力和意义。因此，将mems开关引入到神经网络的突触单元中，将给神经网络的硬件带来更为优异的功耗表现与性能表现。

3、请参照图1所示，传统的欧姆接触式mems开关的主要结构包括以下结构：绝缘基底、驱动电极(栅级)、可动电极(源级)和接触电极(漏极)，其中驱动电极、可动电极和接触电极均为金属材料。在驱动电极和可动电极之间施加电压，则可动电极在静电吸引力的作用下会向下运动，并与接触电极发生接触，使得开关由断开状态变为导通状态。当驱动电极和可动电极之间的电压差为0时，则静电力消失，可动电极在弹性恢复力的作用下回到原来的位置，使得开关由导通状态变为断开状态，然而传统的欧姆接触式mems还没有应用到神经元网络的先例。

4、此外，现有技术还采用基于二维材料mxene制作类脑阻变开关，具体来说是用二维材料mxene作为开关的阻变层，在外加电压刺激下能使金属离子在其缺陷中形成导电细丝从而实现器件的打开；然而阻变材料的电学性能容易受到温度和辐射的影响，限制了神经网络硬件在高温和辐射等苛刻场景下的应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决传统mems开关不能应用于神经网络计算、以及阻变材料的电学性能容易受到温度和辐射的影响，限制了神经网络硬件在高温和辐射等苛刻场景下的应用等问题，本发明提供了一种mems开关和神经网络。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种mems开关，所述mems开关包括：

3、第一基底和第二基底，所述第一基底和所述第二基底键合形成闭合腔体，且二者之间设置有第一绝缘层；

4、电极组件，所述电极组件设置在所述闭合腔体内，所述电极组件固定在所述第一绝缘层远离所述第一基底的面上；

5、弹性金属悬臂，所述弹性金属悬臂设置在所述闭合腔体内，所述弹性金属悬臂的一端固定、另一端为自由端，且所述自由端与所述电极组件之间存在间距；

6、工作栅极，所述工作栅极设置在所述闭合腔体内，所述工作栅极固定在所述第一绝缘层远离所述第一基底的面上，其中，当向所述工作栅极施加电压时，所述自由端的至少一部分或全部被拉至与所述电极组件吸合；

7、复位栅极，所述复位栅极设置在所述闭合腔体内，所述复位栅极固定在第二基底朝向第一基底的面上、且二者之间设置有第二绝缘层，其中，当向所述复位栅极施加电压时，所述弹性金属悬臂被拉至与所述电极组件分离。

8、在一些实施例中，所述电极组件包括金属接触电极和绝缘条；

9、所述金属接触电极固定在所述第一绝缘层远离所述第一基底的面上，所述绝缘条固定在所述金属接触电极靠近所述弹性金属悬臂的表面上，其中，所述金属接触电极靠近所述弹性金属悬臂的表面的至少一部分未被所述绝缘条覆盖。

10、在一些实施例中，所述绝缘条数量为多个，且多个绝缘条沿所述弹性金属悬臂长度方向平行且间隔设置。

11、在一些实施例中，任意相邻的两个绝缘条之间的间距均相同。

12、在一些实施例中，所述第一基底为矩形，所述第二基底为u型槽，且u型槽的开口朝向第一基底；

13、所述固定端通过第三绝缘层固定到u型槽的底部。

14、在一些实施例中，所述第一基底为矩形，所述第二基底为u型槽，且u型槽的开口朝向第二基底；

15、所述固定端通过第三绝缘层固定到u型槽的底部。

16、在一些实施例中，所述第二基底和所述第一基底的材质均为硅。

17、在一些实施例中，所述金属接触电极、所述工作栅极、所述复位电极和所述弹性金属悬臂的材质均为金、铜、铝中的一种，所述绝缘条的材质为氧化铝或氮化硅。

18、在一些实施例中，所述第一绝缘层、第二绝缘层和所述第三绝缘层的材质均为硅。

19、根据本发明的第二方面，提供了一种神经网络，所述神经网络包括突触单元，所述突触单元采用mems开关，所述mems开关包括：

20、第一基底和第二基底，所述第一基底和所述第二基底键合形成闭合腔体，且二者之间设置有第一绝缘层；

21、电极组件，所述电极组件设置在所述闭合腔体内，所述电极组件固定在所述第一绝缘层远离所述第一基底的面上；

22、弹性金属悬臂，所述弹性金属悬臂设置在所述闭合腔体内，所述弹性金属悬臂的一端固定、另一端为自由端，且所述自由端与所述电极组件之间存在间距；

23、工作栅极，所述工作栅极设置在所述闭合腔体内，所述工作栅极固定在所述第一绝缘层远离所述第一基底的面上，其中，当向所述工作栅极施加电压时，所述自由端的至少一部分或全部被拉至与所述电极组件吸合；

24、复位栅极，所述复位栅极设置在所述闭合腔体内，所述复位栅极固定在第二基底朝向第一基底的面上、且二者之间设置有第二绝缘层，其中，当向所述复位栅极施加电压时，所述弹性金属悬臂被拉至与所述电极组件分离。

25、在一些实施例中，所述电极组件包括金属接触电极和绝缘条；

26、所述金属接触电极固定在所述第一绝缘层远离所述第一基底的面上，所述绝缘条固定在所述金属接触电极靠近所述弹性金属悬臂的表面上，其中，所述金属接触电极靠近所述弹性金属悬臂的表面的至少一部分未被所述绝缘条覆盖。

27、在一些实施例中，所述绝缘条数量为多个，且多个绝缘条沿所述弹性金属悬臂长度方向平行且间隔设置。

28、在一些实施例中，任意相邻的两个绝缘条之间的间距均相同。

29、在一些实施例中，所述第一基底为矩形，所述第二基底为u型槽，且u型槽的开口朝向第一基底；

30、所述固定端通过第三绝缘层固定到u型槽的底部。

31、在一些实施例中，所述第一基底为矩形，所述第二基底为u型槽，且u型槽的开口朝向第二基底；

32、所述固定端通过第三绝缘层固定到u型槽的底部。

33、在一些实施例中，所述第二基底和所述第一基底的材质均为硅。

34、在一些实施例中，所述金属接触电极、所述工作栅极、所述复位电极和所述弹性金属悬臂的材质均为金、铜、铝中的一种，所述绝缘条的材质为氧化铝或氮化硅。

35、在一些实施例中，所述第一绝缘层、第二绝缘层和所述第三绝缘层的材质均为硅。

36、上述一种mems开关和一种神经网络至少具备以下有益技术效果：通过调控工作栅极和复位栅极电压，控制mems开关接触点的导通面积，进而实现对mems开关电导值(即突触权重值)的可控设置，将mems开关引入神经网络硬件，有利于降低神经网络硬件的功耗，提高其在高温及辐射等苛刻工况下的可靠性，拓宽人工智能硬件的应用场景。